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出版者:

作者:Bishop, Robert H.

出品人:

页数:1416

译者:

出版时间:2007-12

价格:$ 237.24

装帧:

isbn号码:9780849392573

丛书系列:

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• 专业参考书
• Mechatronics
• Robotics
• Automation
• Engineering
• Mechanical Engineering
• Electrical Engineering
• Control Systems
• Sensors
• Actuators
• Design

好的，这是一本名为《精密机械与系统集成手册》的图书简介，字数约1500字： --- 《精密机械与系统集成手册》 探索复杂系统的设计、控制与实现前沿 本书导言： 在当今技术飞速发展的时代，机械、电子、控制与信息技术之间的界限日益模糊。无论是尖端的自动化生产线、高度智能化的医疗设备，还是下一代航空航天系统，其核心都依赖于不同学科知识的深度融合与高效集成。本书《精密机械与系统集成手册》正是为应对这一挑战而生的专业参考书。它并非简单地罗列技术要点，而是致力于构建一个跨学科的知识框架，指导工程师、研究人员及高级学生深入理解和实践复杂系统的设计、建模、控制、制造与实际部署。 本书的定位是成为连接理论基础与工程实践的桥梁。我们摒弃了对单一技术领域的孤立探讨，转而聚焦于系统层面的思维方式，强调“集成”的艺术——如何确保机械结构的可靠性、电子控制的精确性、软件算法的鲁棒性，以及它们在实际运行环境中的协同工作能力。 --- 第一部分：系统工程与精密机械基础（基石的再定义） 本部分将基础知识提升到系统集成的视角进行重新审视，为后续的复杂系统设计奠定坚实的理论基础。 第一章：系统思维与需求工程的深化 系统工程的本质在于处理复杂性。本章详细阐述了从概念设计到系统退役的全生命周期管理流程。重点讨论了如何有效地进行需求捕获、分析与验证，尤其关注那些跨越不同技术域的性能指标（如实时性、能效比、环境适应性）。引入了基于模型的系统工程（MBSE）方法论，使用统一的语言和工具来描述和分析复杂的互联系统，避免传统文档传递中的信息丢失和理解偏差。 第二章：高精度运动学与动力学建模 精密机械系统的性能瓶颈往往在于运动控制的精度和速度。本章深入探讨了高级运动学（如并联机构、准并行机构）的解算方法，并聚焦于误差源的识别与补偿。在动力学方面，强调了柔性体动力学在高速或高灵敏度系统中的重要性，介绍了先进的模态分析技术和对外部扰动的鲁棒性分析方法。特别讨论了摩擦、间隙和热变形等非理想因素对系统动态性能的实际影响及量化模型。 第三章：先进材料与制造工艺在集成中的作用 系统性能不再仅仅受限于设计，材料的选择和制造的精度是决定最终物理实现的关键。本章对比了传统制造与增材制造（3D打印）在精密机械部件上的应用优劣。深入讨论了功能梯度材料（FGMs）和智能材料（如形状记忆合金、压电材料）在构建自适应结构和传感系统中的潜力。对于表面工程，如超精密加工和薄膜沉积，如何影响系统间的接口性能（如润滑、密封、电磁兼容性）进行了详尽的分析。 --- 第二部分：嵌入式控制与传感器技术（智能化的神经系统） 集成系统的核心在于数据采集、处理与决策执行。本部分聚焦于如何构建高效、可靠的“神经系统”。 第四章：高分辨率传感与数据融合技术 传感器是系统与环境交互的媒介。本章全面覆盖了当前主流的精密传感器技术，包括激光干涉仪、高精度编码器、先进的非接触式测量技术（如机器视觉、激光雷达在工业环境中的应用）。关键内容在于多源数据融合。介绍卡尔曼滤波（扩展、无迹）在高维非线性系统中状态估计的优化应用，以及利用深度学习方法从嘈杂或不完整数据中提取有效信号的最新进展。 第五章：实时嵌入式系统架构与设计 现代精密控制要求极高的实时性与确定性。本章详细剖析了嵌入式控制器的选型标准，从高性能微处理器（MPU）到实时操作系统（RTOS，如VxWorks, QNX, FreeRTOS）的内核调度机制。深入讲解了现场总线技术（如EtherCAT, Profinet IRT）的原理和确定性保障机制。对于资源受限的边缘计算节点，本书探讨了硬件加速（如FPGA, GPU）在加速控制算法和信号处理中的部署策略。 第六章：先进控制算法的工程化实现 本章从工程实践的角度审视了先进控制理论。不再停留在理论推导，而是聚焦于控制器的“落地”。详细讲解了模型预测控制（MPC）的求解器优化、鲁棒控制（H-infinity）的参数整定，以及自适应控制在系统参数漂移情况下的应用。对于高维、强耦合系统，本书提供了关于解耦策略和分层控制结构（如Master-Slave, 集中式与分布式混合）的工程指南。 --- 第三部分：系统集成、测试与验证（从蓝图到现实的桥梁） 系统的价值体现在其最终的集成和可靠运行能力。本部分是本书的实践高潮。 第七章：人机交互（HMI）与系统监控 一个复杂的系统必须具备直观的操作界面和强大的诊断能力。本章探讨了工业HMI的设计原则，强调信息的可视化、操作的安全性与效率。重点介绍了系统健康管理（PHM）的概念，如何利用在线监测数据预测故障、评估剩余使用寿命（RUL），并将这些关键信息有效地反馈给操作员或上级控制系统。讨论了物联网（IIoT）架构在系统状态远程监控中的集成方案。 第八章：集成验证与系统级测试方法论 系统集成是风险最高的阶段。本章提供了一套系统的集成验证框架。从早期的“硬件在环”（HIL）仿真到最终的“环境与操作验证”（OEV）。详细介绍了如何构建高保真度的数字孪生模型，用于预先测试控制策略和极限工况。强调了系统级鲁棒性测试，如抗电磁干扰（EMI/EMC）测试的规范和方法，以及跨学科接口（如电气接口、机械连接）的可靠性验证流程。 第九章：可靠性、安全与法规遵从性 精密系统的失败代价高昂。本章关注如何将可靠性工程内建于设计之初。涵盖了故障树分析（FTA）、失效模式与影响及危害分析（FMECA）在集成系统中的应用。对于涉及人身安全的系统，详细解读了功能安全标准（如IEC 61508/ISO 13849）的要求，并指导读者如何构建满足所需安全完整性等级（SIL）的控制架构。 --- 结语：面向未来的系统集成者 《精密机械与系统集成手册》不仅仅是一本技术参考书，更是一本思维方式的指南。它要求读者跳出单一学科的藩篱，用系统论的视角去审视和解决工程难题。通过对理论的深化理解和对工程实践的细致描绘，本书旨在培养新一代能够驾驭跨学科复杂挑战的系统集成专家。掌握本书所载的知识体系，意味着掌握了驱动下一代高精度、高智能系统的核心能力。

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当我第一次拿到《The Mechatronics Handbook》这本书时，它厚重的体积和专业的封面设计就让我对其内容充满了期待。而事实也证明，它并没有辜负我的期望。它是一本内容极其丰富、涵盖面极其广泛的机电一体化领域的权威著作。我特别喜欢它在讲述机械传动部分时，对各种齿轮、连杆、曲柄等机构的详细介绍，并辅以大量的图示，这让那些原本复杂的机械结构变得生动形象。它不仅解释了它们的运动学特性，还深入分析了它们的动力学行为和受力情况。书中对各种传感器（如编码器、激光测距仪、惯性测量单元）的工作原理、性能参数和适用场景进行了详尽的介绍。这对于我进行系统设计时选择合适的传感器非常有帮助。我注意到书中还有专门的章节讨论了关于嵌入式系统设计，包括微控制器选型、硬件接口设计以及实时操作系统应用。这对于我进行自动化控制系统的开发非常有指导意义。而且，这本书的语言风格严谨而精确，即使有些概念对我来说是全新的，通过结合上下文和附带的图示，我依然能够逐渐理解。我还会时不时地查阅书中的案例研究，这些真实的工程实践案例，让我能够更好地理解理论知识的应用，并从中获得灵感。总而言之，这本书是我学习机电一体化知识过程中遇到的最好的参考书之一。

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在我接触的众多技术资料中，《The Mechatronics Handbook》绝对是脱颖而出的一本。它不仅仅是一本教科书，更像是一份详尽的技术指南，为我这样渴望深入了解机电一体化领域的研究者和工程师提供了无与伦比的帮助。我特别赞赏它在系统建模和仿真方面的阐述，这对于在实际制造前评估设计方案的性能至关重要。书中详细介绍了各种建模方法，包括基于物理的模型和数据驱动的模型，以及常用的仿真软件和工具。我花了很多时间去研究其中关于多体动力学仿真的章节，它帮助我理解了如何准确地模拟复杂机械系统的运动行为，并预测其在各种工况下的响应。而且，这本书并没有止步于理论层面，而是大量引用了实际工程中的案例，通过这些鲜活的例子，让我能够更深刻地理解抽象的理论是如何应用于解决实际问题的。我记得书中有一章节专门讨论了关于人机交互界面设计在机电一体化系统中的重要性，这对于提升用户体验和操作效率至关重要。它不仅涉及了用户界面的美学设计，更深入探讨了如何通过合理的交互逻辑来优化操作流程，减少用户出错的可能性。此外，书中对故障诊断和状态监测技术也有着详尽的介绍，这对于保障设备的安全可靠运行至关重要。它提供了多种基于数据分析和模式识别的诊断方法，并给出了相应的算法实现思路。总而言之，这本书为我打开了一个全新的视角，让我能够从更宏观、更系统的角度去理解和设计机电一体化系统。

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《机电一体化手册》这本书，给我最大的惊喜莫过于它对实际工程问题的切入点。作为一名从业多年的工程师，我常常需要在有限的资源和时间下，设计出满足各种复杂需求的系统。而这本书，恰恰就提供了许多解决这些实际挑战的宝贵思路和方法。我记得书中有一章专门讨论了如何进行机电一体化系统的可靠性设计，这对于我们这种需要长期稳定运行的设备来说至关重要。它并没有给出万能的解决方案，而是引导我们思考潜在的故障模式，并提供了多种预防和冗余设计策略。书中引用的许多案例，都来源于真实世界的工程实践，这使得讨论更加接地气，也更容易引起共鸣。我特别关注了关于嵌入式系统设计的那部分内容，它详细介绍了不同微控制器平台的特点、选型原则，以及在实时操作系统环境下的开发注意事项。这对于我当前负责的一个自动化控制项目非常有参考价值，特别是关于中断处理和任务调度的部分，书中给出的优化建议，让我少走了不少弯路。此外，书中对各种传感器的校准和噪声抑制技术也进行了深入的探讨，这些细节在实际应用中往往是决定系统性能的关键。我个人比较看重书中关于系统集成和接口设计的章节，它详细阐述了不同子系统之间如何进行有效通信，以及如何处理数据格式和协议的兼容性问题。这部分内容对于避免项目后期出现整合困难非常有帮助。而且，这本书的结构安排也非常合理，从基础概念到高级应用，层层递进，让我能够根据自己的需求，快速找到 relevant 的章节进行深入阅读。我还会时不时地翻阅书中的附录，那里通常包含了大量的工程常数、材料特性以及行业标准，这些都是我工作中经常会查阅到的宝贵信息。

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作为一名在自动化领域摸爬滚打多年的技术人员，我不得不说，《The Mechatronics Handbook》这本书的出现，极大地丰富了我对机电一体化世界的认知。它不仅仅是一本罗列知识的书籍，更像是一位经验丰富的导师，耐心地引导我一步步地深入理解这个复杂而迷人的领域。我尤其欣赏它在系统集成和接口设计方面的论述，这对于我目前负责的多个跨部门协作项目来说，简直是雪中送炭。它详细介绍了不同硬件和软件模块之间的通信协议，以及如何进行数据格式的统一和转换，这极大地减少了我在系统集成过程中遇到的兼容性问题。书中还深入探讨了关于实时控制系统设计的内容，包括多任务调度、中断处理以及任务间的同步机制。这些对于确保自动化系统的稳定性和响应速度至关重要，我从中学到了许多宝贵的经验和技巧。另外，书中对各种传感器的特性和选型进行了详细的介绍，从光电传感器到压力传感器，再到视觉传感器，它不仅罗列了基本原理，还对不同传感器的精度、响应速度、抗干扰能力等关键参数进行了深入的分析。这对于我选择最适合特定应用的传感器非常有帮助。我还会时不时地翻阅书中的案例研究，这些真实的工程实践案例，让我能够更好地理解理论知识的应用，并从中获得灵感。总的来说，这本书是我工作中不可或缺的参考工具，它帮助我解决了许多技术难题，也让我对机电一体化有了更全面、更深入的理解。

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我一直对机械和电子的交叉领域非常感兴趣，而《The Mechatronics Handbook》这本书，则成为了我探索这个领域的绝佳起点。它的内容非常全面，从最基础的机械原理到最前沿的控制算法，几乎涵盖了机电一体化涉及的所有关键技术。我特别喜欢它在讲解运动学和动力学部分时，用到的那些清晰的图示和生动的比喻，这让那些原本复杂的数学概念变得容易理解。它并没有简单地给出公式，而是详细解释了这些公式背后的物理意义，以及它们在实际应用中是如何被应用的。书中还有大量的关于各种执行器（如电机、液压缸、气动缸）的详细介绍，包括它们的结构、工作原理、性能特点以及选型指南。这对于我理解不同驱动方式在不同应用场景下的优劣势非常有帮助。我注意到书中还有专门的章节讨论了关于传感器技术，从编码器到力传感器，再到视觉传感器，它不仅介绍了这些传感器的基本原理，还深入探讨了它们在不同应用场景下的选型和集成问题。这对于我进行自主研发项目非常有参考价值。而且，这本书的语言风格严谨而不失可读性，即使有些概念对我来说是全新的，通过结合上下文和附带的图示，我依然能够逐渐理解。我还会时不时地查阅书中的附录，那里通常包含了大量的工程常数、材料特性以及行业标准，这些都是我工作中经常会查阅到的宝贵信息。

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这本书的封面设计就透露出一种扎实的工业感，厚重的纸张和精美的装订，预示着它绝非泛泛之辈。当我第一次翻开它的时候，那种沉甸甸的质感就让我对手中的知识充满了敬畏。虽然我不是直接的技术开发者，但在我的行业里，对机械、电子、控制以及软件的交叉理解至关重要，而这本书恰恰是填补我这方面知识空白的绝佳选择。我尤其欣赏它在理论基础部分的铺垫，并没有直接跳到复杂的应用，而是循序渐进地讲解了各个子学科的核心概念。例如，它在介绍传感器时，不仅罗列了各种传感器的类型、工作原理，还深入探讨了它们在不同应用场景下的选择依据和局限性，这对于我理解设备的设计思路非常有帮助。再比如，在谈论执行器时，它对不同驱动方式的优缺点进行了细致的对比，并结合实际案例说明了如何根据负载、精度、响应速度等要求进行最优选择。我特别喜欢书中那种详实的数据和图表，它们不像教科书那样枯燥，而是以一种更加直观的方式呈现了复杂的工程参数，让我能够快速抓住关键信息。书中的语言风格也相当严谨，但又不失专业性，即使有些概念对我来说是全新的，通过结合上下文和附带的图示，我依然能够逐渐理解。我注意到书中有很多关于系统集成和协同工作的章节，这正是我目前工作中迫切需要掌握的技能。它并没有孤立地讲解机械、电子或软件，而是着重强调了它们之间如何相互影响，以及如何通过优化设计来提升整体性能。我曾花了很多时间研究其中关于机器人运动学和动力学的章节，虽然其中的数学推导颇具挑战性，但书中清晰的步骤和详细的解释，让我对这些复杂概念有了更深刻的认识。总的来说，这本书不仅仅是一本工具书，更像是一位经验丰富的导师，它引导我一步步地深入理解机电一体化这个迷人的领域。

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从一个初步接触机电一体化技术的学习者的角度来看，《The Mechatronics Handbook》这本书简直是一座宝藏。它循序渐进地带领我深入理解了机械、电子、控制和软件这四个核心领域的知识，并且巧妙地将它们融合在一起，展现了机电一体化系统的整体魅力。我特别欣赏它在讲解控制理论时，用到的那些清晰的数学推导和直观的仿真动画，这让那些原本抽象的控制概念变得容易理解。它并没有简单地给出公式，而是详细解释了这些公式背后的物理意义，以及它们在实际应用中是如何被应用的。书中还穿插了大量的关于不同类型电机（如直流电机、交流电机、步进电机、伺服电机）的详细介绍，包括它们的结构、工作原理、性能特点以及选型指南。这对于我理解不同驱动方式在不同应用场景下的优劣势非常有帮助。我注意到书中还有专门的章节讨论了关于通信协议和网络技术，这对于实现分布式控制系统和数据共享非常有价值。而且，这本书的结构安排也非常合理，从基础概念到高级应用，层层递进，让我能够根据自己的需求，快速找到relevant 的章节进行深入阅读。我常常在工作中遇到一些棘手的问题，然后会翻开这本书，往往能从中找到相关的线索和解决方案。

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这本书的厚度着实让我望而生畏，起初我以为会是一本非常枯燥的理论书籍，但实际阅读后，我才发现它的内容之丰富和实用程度远远超出了我的预期。它就像一个百科全书，涵盖了机电一体化各个领域的方方面面，而且讲解得深入浅出。我尤其喜欢它在介绍执行器部分时，对各种电动、液压、气动执行器的性能参数、选型依据以及优缺点进行的详细对比分析。这对于我理解不同驱动方式在特定应用场景下的适用性非常有帮助。书中还穿插了大量的图示和流程图，这些视觉化的信息极大地降低了理解复杂概念的难度，让我能够更直观地把握事物的本质。我注意到书中有一部分内容是关于传感器信号处理和数据采集的，这对于提高测量精度和系统的鲁棒性至关重要。它不仅介绍了基本的滤波算法，还探讨了更高级的信号分析技术，并给出了相应的伪代码示例，这让我能够更好地理解如何在实际系统中实现这些技术。我还在书中学习了关于运动控制和反馈系统设计的相关知识，特别是PID控制器的设计和整定方法，书中给出的调参技巧和注意事项，让我在实际调试过程中受益匪浅。而且，这本书的编排方式非常人性化，你可以根据自己的兴趣点直接跳到感兴趣的章节，而不必拘泥于线性的阅读顺序。我常常在工作中遇到一些棘手的问题，然后会翻开这本书，往往能从中找到相关的线索和解决方案。它不仅是一本技术手册，更像是一位资深工程师的经验分享，充满了实用的智慧和技巧。

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《The Mechatronics Handbook》这本书，是我在探索自动化和机器人技术过程中发现的一块瑰宝。它以一种系统而全面的方式，为我打开了机电一体化领域的大门。我尤其欣赏它在讲解系统辨识和参数估计方面的深入探讨，这对于在实际应用中构建精确的系统模型至关重要。书中详细介绍了各种辨识算法，包括最小二乘法、最大似然法等，并给出了相应的仿真实例。这让我能够更好地理解如何从测量数据中提取系统的动态特性。而且，书中对各种传感器（如编码器、力传感器、力矩传感器）的原理、选型和标定进行了详尽的介绍。这对于我进行高精度运动控制和力反馈控制非常有帮助。我注意到书中还有关于人工智能在机电一体化中的应用章节，这让我对未来的发展趋势有了更深的认识。它介绍了机器学习、深度学习等技术在机器人感知、决策和控制方面的应用，并给出了相应的案例。此外，书中对人机交互界面的设计也有深入的论述，这对于提升用户体验和操作便捷性至关重要。它不仅涉及了界面的美学设计，更深入探讨了如何通过合理的交互逻辑来优化操作流程，减少用户出错的可能性。总而言之，这本书为我提供了一个全面的知识体系，让我能够以一种更加科学和系统的方式来理解和设计机电一体化系统。

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这本书在我看来，不仅仅是一本技术手册，更像是一本关于“如何思考”机电一体化问题的指南。它并没有简单地提供答案，而是通过循序渐进的讲解和丰富的案例，引导读者建立起一种系统性的工程思维。我尤其欣赏它在介绍系统设计流程方面的内容，它从需求分析、概念设计，到详细设计、集成测试，每一个环节都进行了详尽的阐述，并给出了相应的注意事项和方法论。这对于我这样一个初涉机电一体化领域的研究者来说，非常有价值。书中对各种控制器（如PID控制器、模糊逻辑控制器、神经网络控制器）的设计和应用进行了深入的探讨，并给出了相应的数学模型和仿真实例。这让我能够更好地理解不同控制策略的优劣势，并选择最适合特定应用的控制方法。而且，这本书对传感器技术的讲解也非常细致，从各种传感器的基本原理、选型标准，到信号处理和校准方法，都进行了详细的介绍。这对于我进行高精度测量和数据采集非常有帮助。我还注意到书中有很多关于可靠性工程和故障诊断的内容，这对于保障机电一体化系统的长期稳定运行至关重要。它提供了一系列基于统计分析和模式识别的故障诊断方法，并给出了相应的算法实现思路。总而言之，这本书为我提供了一个全面的知识框架，让我能够更清晰地认识机电一体化系统的各个组成部分，以及它们之间是如何相互协作的。

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